Co to jest podniesienie punktu wrzenia?
Podwyższenie temperatury wrzenia to efekt, który występuje, gdy materiał rozpuszcza się w czystym roztworze, powodując wzrost temperatury wrzenia mieszaniny. Substancja rozpuszczona, materiał do rozpuszczenia, jest dodawana do czystego roztworu, zwanego rozpuszczalnikiem, co zmniejsza prężność pary mieszaniny. Zmniejszenie prężności pary mieszaniny oznacza, że do wrzenia mieszaniny potrzeba więcej energii, co skutkuje wyższą temperaturą wrzenia mieszaniny.
Każda substancja chemiczna ma mierzalną zmianę temperatury wrzenia dla mieszanin z różnymi rozpuszczalnikami. Ta mierzalna ilość jest znana jako stała podniesienia molowego punktu wrzenia lub stała podniesienia molowego. Jeśli stężenie substancji chemicznej w mieszaninie jest znane lub mierzone, stężenie to można pomnożyć przez stałą podniesienia molowego i można obliczyć uzyskane podwyższenie temperatury wrzenia i porównać je z wartościami zmierzonymi. Stałą podniesienia molowego można również użyć do określenia stężenia substancji rozpuszczonej w mieszaninie poprzez pomiar temperatury wrzenia mieszaniny i podzielenie podniesienia temperatury wrzenia rozpuszczalnika przez stałą podniesienia molowego.
Powszechnym i użytecznym zastosowaniem podwyższania temperatury wrzenia jest dodawanie płynu niezamarzającego, zwykle glikolu etylenowego, do samochodowych układów chłodzenia. Glikol etylenowy dodaje się w stężeniu 50 procent objętościowych do wody w chłodnicy samochodowej, aby zapobiec zamarzaniu, ale podniesienie temperatury wrzenia powstałego roztworu jest zaletą. Woda wrze w temperaturze 212 ° Fahrenheita (100 ° Celsjusza); mieszanina glikolu etylenowego i wody wrze w temperaturze 225 ° Fahrenheita (107,2 ° Celsjusza), a nawet wyżej, gdy układ chłodzenia jest pod ciśnieniem, co jest normalne w samochodowych układach chłodzenia.
Kucharze od wieków wykorzystują podniesienie temperatury wrzenia. Dodanie soli do wody podnosi temperaturę wrzenia mieszanki, co skraca czas gotowania. Oceaniczna woda morska, która zawiera około 3,5 procent soli ogółem, wrze w temperaturze 216,5 ° Fahrenheita (102,5 ° Celsjusza). Być może nie jest to wielka różnica od zwykłej wody, ale kucharze preferują szybsze gotowanie.
Podwyższenie temperatury wrzenia wynikające z mieszaniny jest współczynnikiem stałej molowej temperatury wrzenia, więc temperatura wrzenia mieszaniny będzie nadal rosła wraz z dodawaniem do niej większej ilości substancji rozpuszczonej. Wynika to ze zmniejszenia ciśnienia pary rozpuszczalnika, ponieważ jego cząsteczki są uwięzione przez substancję rozpuszczoną. Istnieją praktyczne ograniczenia podniesienia temperatury wrzenia w zastosowaniach konsumenckich i przemysłowych. Na przykład w chłodzeniu samochodowym temperatura wrzenia czystego glikolu etylenowego wynosi 386 ° Fahrenheita (197 ° Celsjusza), co można uznać za zaletę. Lepkość lub grubość czystego glikolu etylenowego w niższych temperaturach sprawia jednak, że jego stosowanie jest niepraktyczne, ponieważ przy 40 ° Fahrenheita (4,4 ° Celsjusza) czysty glikol etylenowy ma zmierzoną grubość, która jest siedem razy większa niż 50 procent glikolu etylenowego roztwór wodny.